Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ и оценка безотходности производства тепловой энергии на основе эксергетического метода

Омарбеков Т.О., Ринар А.Р.

Главным критерием экологической оптимальности любого технологического процесса является снижение или же исключение его негативного воздействия на окружающую среду. Это достигается внедрением малоотходных и безотходных технологий, сущность которых состоит: в обеспечении максимального и комплексного использования сырья и ресурсов; в полной утилизации образующихся тепловых и материальных отходов. Для создания безотходных технологий необходимо проводить комплексный эколого-экономический анализ создаваемого производства, разработать методику оценки безотходности.

В качестве такого критерия может быть предложен [1-2,4] уровень безотходности - интегральный показатель, учитывающий эффективность потребления природно-сырьевых ресурсов, объемы производимой продукции, объемы вредных веществ и размещаемых в окружающей среде тепловых и материальных отходов с учетом степени их опасности.

Интегральный коэффициент безотходности технологического процесса можно представить в виде:

(1)

где К_m - коэффициент полноты использования материально-сырьевых, тепловых ресурсов;

К_e - коэффициент экологичности.

Коэффициент полноты использования материально-сырьевых и тепловых ресурсов характеризует степень замкнутости технологического процесса на «входе» и «выходе» по отношению к окружающей среде. К_m определяется на основе уравнения материального, теплового балансов, описывающих качественное движение сырья, материалов, энергии, объемы образования и использования вторичных, побочных ресурсов, неиспользованных отходов, размеры потерь.

К_m рассчитывается как отношение массы (количества) произведенной продукции к израсходованной на ее получение массы (количества) ресурсов, т.е.: котельная безотходность эксергетический мощность

=(2)

где G₁ - фактический расход i-ых компонентов ресурсов (сырья, материалов, энергии) на

единицу производимой продукции;

М_р - объем производимой продукции;

М₀ - объем неиспользованных отходов.

Коэффициент экологичности К_е, характеризующий степень безопасности производства по отношению к окружающей среде, рассчитывается по формуле:

(3)

где К₀ - коэффициент отходоемкости.

Коэффициент отходоемкости определяется как отношение массы (количества) неиспользованных вторичных ресурсов, отходов и неиспользованной энергии, поступающих в окружающую среду с учетом степени относительной опасности каждого вида к массе (количеству) использованного сырья, материалов и энергии, т.е.:

(4)

где М_oi - объем неиспользованных отходов i-ого вида, размещаемого в окружающей среде;

P_i- показатель относительной опасности i-того вида отхода.

Уравнения (1) - (2) для расчета безотходности технологического производства написаны в общем виде. Для оценки безотходности конкретного технологического процесса необходимо проанализировать ряд процессов, протекающих в нем и выделить основные показатели. Эти показатели можно выделить в результате рассмотрения схемы потоков материалов, тепла и энергии, т.е. составляются материальный, тепловой и энергетический балансы технологического процесса.

Балансовые уравнения выражаются через конструктивные и режимные параметры конкретного технологического процесса, протекающего в конкретном оборудовании, т.е. все коэффициенты, характеризующие безотходность производства можно рассматривать через технологические параметры.

Например, рассмотрим технологический процесс производства N-ой продукции, потребляющий тепловую энергию. Здесь происходит загрязнение окружающей среды материальными и тепловыми отходами. В данном случае безотходность производства рассчитывается в следующем порядке.

Коэффициент эксергетической отходоемкости рассчитывается по формуле:

(5)

где - эксергетический КПД технологического процесса (методика расчет эксергетического КПД технологического процесса через его параметры рассмотрены в главе 5.1),

- показатель относительной тепловой опасности загрязнения окружающей среды.

Коэффициент эксергетической полноты использования сырьевых ресурсов равен:

(6)

Коэффициент эксергетической экологичности:

(7)

Тогда интегральный коэффициент эксергетической безотходности технологического процесса определяется:

(8)

Теперь определяются коэффициенты материальной безотходности технологического процесса согласно уравнениям.

Наконец, обобщенный интегральный коэффициент безотходности технологического процесса определяется как:

(9)

где - интегральный коэффициент материальной безотходности технологического процесса;

а - доля ущерба тепловых отходов, причиняемой окружающей среде от общего.

С учетом приведенных уравнений окончательно получим:

(10)

По предлагаемой методике была оценена экологическая оптимальность процесса выработки тепловой энергии в котельной малой мощности. Для этой цели сначало были составлены материальный и тепловой балансы описывающего количественное движение материалов, разности образования и использования вторичных ресурсов, используемых отходов, размеры потерь. Материальный и тепловой балансы составлены для двух случаев: первое - без утилизации тепла отходящих газов и без улавливания пылевых выбросов при одинаковой производительности и условии работы. Результаты расчетов приведены в таблице 11.

Таблица 11.

Коэффициент безотходности процесса выработки тепловой энергии котельными малой мощности

Как видно из таблицы, интегральный коэффициент безотходности К_? в два раза выше, чем без утилизации тепла. При утилизации отходов (шлака) коэффициент К_? также повышается. Если одновременно утилизовать тепло и использовать отходы, то получится, что К_? повышается примерно на 50%. Полученные данные могут быть использованы для осуществления ранжирования процесса выработки тепловой энергии в котельной малой мощности по степени мало- и безотходности, а также для осуществления тех или иных мероприятий, которые повышают эффективность и экологичность производства. Изучая методы ранжировки технологии в других отраслях промышленности [4], а также учитывая специфики теплоэнергетики можно сделать выводы, что:

- технологии выработки тепловой энергии, имеющие К_? = 0,8-1,0 можно считать «безусловно безотходными»;

- технологии с коэффициентом безотходности К_? = 0,6-0,8 следует отнести к категории «малоотходных»;

- технологии с коэффициентом безотходности К_? ? 0,6 могут быть отнесены к категории «рядовых».

При ранжировании технологических процессов обязательными условиями должны быть те, которые удовлетворяют установленные в законодательном порядке предельно-допустимые экологические нормы.

Литература

1. Сажин Б.С., Булеков А.П. Энергетический метод в химической технологии. М. Химия: 1992 - 208 с.

2. Бишимбаев В.К., Омарбеков Т.О. Энергетические показатели эффективности работы циклонного пылеулавливающего аппарата. Гидрометеорология и экология.: 1998 - 4. С. 56-62.

3. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982 - 319 с.

4. Jiliberti D.E., Lancuster B.W. Perfomanse of rotary flow cyclanes. AJCHE Gournal.: 1976. - 22 - №2 - p. 394 - 398.

Размещено на Allbest.ru